探讨初中物理电学中控制变量法的实际应用

　　一、探究物理规律中控制变量法的应用
　　欧姆定律是电学的基础和重点，处于电学的核心位置。学生们通过之前的学习掌握了电学的3个基本概念：电流、电压、电阻。它们之间有怎样的关系呢？根据新课程标准的要求，教材安排了一个比较完整的探究活动，涵盖了探究的3个要素。其中重点是如何运用控制变量法来设计整个实验，明确用什么方法保证什么物理量不变，用什么方法改变什么物理量。
　　1.控制电阻r不变，改变导体两端电压u，探究电流i与电压u之间的关系
　　（1）固定电阻值，可保证定值电阻r的阻值不变。
　　（2）影响导体两端的电压值的改变，可用两种办法：1.改变电源两端的电压，即可改变导体两端的电压u。用这个电路，学生能够较为轻松地运用控制变量的方法研究电流与电压的关系，易于学生理解和掌握。2.通过调节滑动变阻器，改变电阻r两端的电压。要使学生明确研究对象是定值电阻这部分电路，滑动变阻器的作用是为了使定值电阻两端的电压发生改变。
　　2.保持导体两端的电压u不变，改变电阻r，研究电流与电阻的关系
　　（1）用不同的定值电阻可改变电阻r的值。
　　（2）变动电阻r的同时必须保证导体两端的电压不改变，可以采用以下两种方法：使用同一个电源，即可保证导体两端的电压不本文由论文联盟http://收集整理变，更换不同的电阻，可直接得出电流与电阻的关系，降低了探究的难度。但如果实验中使用的是干电池，电池有内阻，外接电阻r变化时，电阻r两端的电压也会随之变化，给实验带来误差。Www.11665.cOm换用阻值不同的电阻r时，若滑动变阻器的滑片不动，定值电阻两端的电压会发生变化。电压、电阻都改变，就不能确定究竟是什么因素影响了电流。这一点学生在实验中容易忽视，教师要注意引导学生观察电压表，使其示数保持不变。
　　经过以上两个环节的探究，学生得出导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系，便水到渠成了。
　　二、电学习题中控制变量法的运用
　　1.在比较物理量的大小时用控制变量的思路
　　例1：已知甲导体的电阻比乙导体的电阻大，把它们并联在电路中，比较甲的电功率和乙的电功率。简析：求解电功率的公式比较多：p=ui，p=u2/r，p=i2r，学生分析起来常常感到无从下手。电功率与两个因素有关。可引导学生用控制变量法的思路解决这类问题。关键在于根据题目意思找到起相同作用的因素，只让一个因素发生变化，再分析电功率与另一个变量之间的关系。具体分析如下：并联时，各支路两端电压相等，所以我们可以选择p=u2/r或p=ui。已知r甲>r乙，可根据p=u2r直接得出p甲<p乙。 <br="">　　也可用另一方法：已知r甲>r乙，由并联电路可知i甲<i乙，可根据p=ui直接得出p甲<p乙。 <br="">　　2.在突破动态电路的难点中运用控制变量的思路
　　例2：如图3所示电路，试分析当滑动变阻器的滑片向左移动时，电流表和电压表的示数如何变化？
　　简析：引导学生从u=ir入手，电压与电流和电阻两个因素有关，当i、r都发生变化时（r变小，i变大），很难判定u如何变化。此时最好运用控制变量的思路，保证i、r其中一个因素不变，只改变另一个因素。电路中的电流i肯定要发生改变，所以从定值电阻r入手。电路中的电流i变大，r不变，根据欧姆定律可知，r两端的电压ur变大。电源电压不变，ur变大，则uc变小。此电路是电学中的一个典型的电路，很多中考题都是由此题衍生出来的。在分析过程中，学生普遍感到困难，准确率低。学生对滑片向左移动时，滑动变阻器的电阻rc的变化和电路中电流i的变化比较
　　容易判断。但对于ur、uc的变化就感到无从下手。学生明白了这样分析的原因，就会正确地运用控制变量法来突破难点了。
　　三、用控制变量法来学习电阻
　　学生通过之前的学习掌握了电路的两个基本部分：电流及电压；紧接着学习电阻，学生的压力不会很大，但这时学生对科学探究物理的方法还没什么概念。这时教师会根据课程的要求授完这节课，然后引入“控制变量法”安排一节课，有针对性地讲解一些典型例题。
　　例3：在探究“导体电阻大小与哪些因素有关”的实验时，将一根粗细均匀的导体截成两段后分别接入如图1所示的电路中，这是用来探究（ ）。
　　a、导体电阻与横截面积的关系；
　　b、导体电阻与材料的关系；
　　c、导体电阻与长度的关系；
　　d、导体电阻与温度的关系。
　　解析：从题中所给的条件看，两段导体是同一段导体按不同的长度截取的，即它们的材料、横截面积及温度是相同的，但是长度不同。这样学生就很容易得出答案c。
　　但学生要掌握的是：本题由教材上的演示实验演化而来，这是中考试题常出现的命题来源，更重要的是，本题中涉及了对控制变量法的理解和应用。
　　四、在学习电学实验中利用控制变量法
　　在总结“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”的实验时，我们会用到如下图所示的例题：
　　例4，如图所示，这是小明研究“影响电磁铁磁性强弱因素”的装置图。它由电源、滑动变阻器、开关、带铁芯的螺线管和自制的针式刻度板组成。小明在探究过程中发现：
　　一是当滑动变阻器的滑片p向____滑动时（填“左”或“右”），指针b偏转的角度将会_____（填“变大”或“变小”）；二是保持滑片p位置不变，当导线a由接线柱2改为与接线柱1相连，闭合开关后，可发现指针b偏转的角度将会_____（填“变大”或“变小”）。经过对电磁铁的研究，可得出以下结论：当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁磁性______；当通过电磁铁的电流一定时______，电磁铁线圈的匝数越_____，磁性越_____。本题节选自《经典学法频道》中习题频道的一道题。整个实验过程应采用控制变量法进行研究，但在实验的第二步中改变了线圈的匝数，同时也改变了螺线管电阻的大小，改变了电路中的电流。所以，在讲解这个实验的第二步时，对学生强调：若线圈的长度不长，电阻忽略不计，当导线a由接线柱2改为与接线1相连，可认为电流不改变，可得到当通过电磁铁的电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强；若线圈的电阻不可忽略，就应该在电路中串联一个电流表，当导线a由接线柱2改为与接线1相连，通过调节滑片p，使两次的电流相同，才能得出结论。
　　总之，控制变量法作为一种重要的科学研究方式，不仅在物理中得到很好地运用，在生活中也能进行有效渗透，为我们解决各种生活中的难题，通过让学生在物理电学中掌握好控制变量法，对他们以后的生活和学习也是大有裨益的。